[發明專利]鋼液成分監測與分析裝置

無效

• 申請號: 200710168716.2
• 申請日: 2007-12-10
• 公開（公告）號: CN101183074A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 陸繼東;謝承利;李勇;楊立飛;李捷;李鵬艷
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于鋼液分析裝置，用于煉鋼過程鋼液的成分在線監測以及終點判斷。

背景技術

冶金生產的日益大型化、高速化和連續化要求及時、快速地得到分析信息，必須進行復雜的過程分析。以煉鋼為例，現代化的鋼鐵廠，從鐵水預處理、轉爐吹煉、爐外精煉或連鑄，在全過程中至少要分析13件次以上，一般要求在幾分鐘內甚至希望立即得到結果。現代化的冶煉過程不僅要求成分分析能及時、快速地反映出冶煉過程的變化，而且期望能更準確地判斷冶煉的終點，以提高所冶煉鋼種的命中率。一些鋼鐵廠往往將冶煉鋼種的成分控制在下限，稱之為“臨界控制”，這樣可以大大節約原材料，降低成本。

為判斷煉鋼過程的終點，就要快速、及時地測定鋼中的含碳量，目前廣泛采取的方法有三種：

1.目測法(經驗方法)，該法是經驗的總結，根據煉鋼爐口的火焰，鋼樣的火花及表面等，判斷鋼種的含碳量。該法主要用于早期的煉鋼廠，判斷精度較差，對操作工的技術經驗依賴度高，并不適合自動化冶煉的發展需求，現在一些落后的小型鋼廠仍然在采用。

2.副槍法，該方法是在轉爐吹煉接近終點時通過機械向爐內插入測溫定碳探頭，實際是一個帶熱電偶的樣杯。它的測定過程是在探頭離開鋼液時完成的。依據樣杯冷卻過程中的碳析晶溫度曲線來判斷鋼液中碳的含量，測得的含碳量須乘以校準系數才是實際含碳量。這種方法的優點是可以準確地獲得轉爐鋼水的碳溫信息，缺點是周期長，全過程一般需要5～6min，而且只能獲得某一時刻的鋼水信息，不能獲得吹煉過程中的連續信息。

3.采用火花直讀光譜儀或X熒光光譜儀，雖然這些儀器自身的分析時間很短(1.5min左右)，能夠分析多種關注元素的含量，總的分析時間能夠滿足工業需求。但是分析之前必須進行采樣和樣品處理，要求較多的人為參與，在連續高速冶煉過程中分析周期仍然略顯過長。

近10余年來國內外均致力于平臺快速響應系統的研究，倡導放棄風動送樣，建立以光譜、自動采樣和數字傳輸系統集成的爐前平臺分析系統。1990年以來鋼鐵研究總院開始研究平臺快速響應系統，倡導放棄風動送樣，建立以光譜、自動采樣和數字傳輸系統集成的爐前平臺分析系統，使分析時間縮短到3min，使煉鋼終點判斷的命中率大大提高，為爐外精煉合金化調整及時反饋信息發揮了很大的作用。但判斷終點所需時間仍占冶煉全過程的1/10，不能滿足動態控制對實時分析的要求，所以直接測定鋼液中成分一直是鋼鐵分析工作者以及冶煉工藝人員所追求的目標。

發明內容

本發明提供一套鋼液成分監測與分析裝置，目的在于連續在線監測煉鋼過程中鋼水的成分，直接準確地進行終點判斷。

本發明的一種鋼液成分監測與分析裝置，包括檢測探頭、伸縮管、信號發生及采集部分和處理機，其特征在于：

所述檢測探頭結構為：在金屬圓筒內部懸空裝配有聚焦透鏡，金屬圓筒前端裝配有兩個電極；

所述伸縮管采用關節式鋼管外套，內部的內空管道通過傳導光纖、氣體管道以及導線；

所述信號發生及采集部分包括激光控制器、激光發生器、光路耦合部件、光譜儀、電荷耦合裝置CCD、送風機、檢測探頭定位控制電路，通過伸縮管內空管道的傳導光纖、氣體管道以及導線與檢測探頭連接，實現激光發生器觸發與激光輸出、光纖傳入發射光譜的采集與光電轉換、探頭冷卻氣體輸送與自動定位控制；激光器控制器控制激光發生器發出激光脈沖，經過光路耦合部件，再通過傳導光纖傳輸聚焦到檢測探頭，檢測探頭探測到的光譜信號經過傳導光纖和光路耦合部件傳輸至光譜儀進行光譜分辨，并耦合進電荷耦合裝置轉換為電信號傳入處理機采集板卡，利用A/D板數據采集板轉換后數字信號進行成分分析；檢測探頭的兩個電極控制檢測探頭定位控制電路通斷，檢測探頭定位控制電路控制機械臂動作，調節檢測探頭的升降定位；

所述處理機，通過通信電纜與所述信號發生及采集部分連接，接收電荷耦合裝置CCD傳輸的電信號，進行A/D轉換后處理分析光譜數據；控制所述信號發生及采集部分的激光發生器的啟停與電荷耦合裝置CCD的光譜采集轉換參數設置。

所述的鋼液成分監測與分析裝置，其特征在于：所述信號發生及采集部分采用金屬密封箱集成，箱內裝有溫度調節器，自動調節運行溫度。

所述的鋼液成分監測與分析裝置，其特征在于：所述檢測探頭金屬圓筒為耐高溫金屬圓筒，金屬圓筒外部噴涂高反射耐高溫涂料。